ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИФРАКЦИОННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПРОСТЫХ ОПТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖАЮЩИХ СИСТЕМАХ

Исследовано влияние дифракционных оптических элементов на оптические аберрации. Их преимуществом является способность генерировать произвольные сложные волновые фронты в плоском слое оптического материала. Рассмотрены вопросы коррекции аберраций в простых оптических системах с одной и двумя линзами (синглет и дублет). Оптические системы со стандартными поверхностями были разработаны и оптимизированы с использованием одних и тех же исходных параметров. На этой базе спроектированы и оптимизированы гибридные оптические системы с дифракционными и асферическими поверхностями. На первом этапе для сравнения уровня сложности проектирования оптических систем с узким и широким полем отдельно исследована оптическая система с узкими полями. Аналогичным образом проанализирована система с широким полем. Оптические системы были разработаны с помощью специализированного программного обеспечения для проектирования оптических систем. Характеристики проектируемых дифракционных поверхностей контролировались с использованием программного обеспечения DIFSYS 2.30. Применение дифракционных оптических элементов обеспечило снижение продольной хроматической аберраций почти в 5 раз по оси (узкие поля). Абсолютное значение коэффициента Зейделя, соответ- ствующего сферической аберрации, снижено до диапазона 0,03. В связи с тем, что дифракционные оптические элементы имеют известные недостатки (возможность присутствия паразитарных порядков дифракции и вероятное снижение пропускающей способности), нами проанализированы и разработаны оптические системы с комбинированными асферическими и дифракционными поверхностями. Сочетание дифракционных и асферических поверхностей в оптической системе объектива, считывающего информацию с оптического диска, обеспечило снижение продольных хроматических аберраций по оси почти в 15 раз по сравнению с объективом, содержащим только асферические и стандартные сферические поверхности. Все рассчитанные дифракционные оптические элементы могут быть изготовлены с применением имеющегося оборудования. 

1. Garcıa-Lievanos O., Vazquez-Montiel S., Hernandez-Cruz J.A. Spherical aberration correction using refrac-tive-diffractive lenses with an analytic-numerical method // Advances in Optical Technologies. 2010. Art. 783206. doi: 10.1155/2010/783206
2. Diffractive Optical Elements [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.rpcphotonics.com/optical.asp, свободный. Яз. англ. (дата обращения 10.12.2014).
3. Born M., Wolf E. Principles of Optics. 7th ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2002. 987 p.
4. Davidson N., Friesem A.A., Hasman E. Analytical design of hybrid diffractive-refractive achromats // Ap-plied Optics. 1993. V. 32. N 25. P. 4770–4774.
5. Liping Z., Loy L.Y., Yan Z., Zhisheng Y. Achromatic design strategies with diffractive optical elements // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 1999. V. 3897. P. 624–631.
6. Kalikmanov V.I., Sokolova E.A. Ill-posed inverse problem in diffractive optics. Tolerance analysis of dif-fractive lenses and gratings // Journal of the Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision. 2006. V. 23. N 2. P. 497–503. doi: 10.1364/JOSAA.23.000497
7. Грейсух Г.И., Безус Е.А., Быков Д.А., Ежов Е.Г., Степанов С.А. Дифракционные элементы в оптиче-ских системах оптоэлектроники // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 7. С. 25–30.
8. Бобров С.Т., Грейсух Г.И., Туркевич Ю.Г. Оптика дифракционных элементов и систем. Л.: Машино-строение, 1986. 223 с.
9. Бармичева Г.В., Ган М.А., Старков А.А. Анализ эффективности применения асферико-дифракционных элементов в оптических системах для ИК области // Сборник трудов 9 Международ-ной конференции "Прикладная оптика-2010". СПб., 2010. С. 227–230.
10. Васильев В.Н., Лившиц И.Л., Сергеев М.Б., Соколова Е.А. Гибридный микрообъектив для оптико-информационных систем комбинационного рассеяния // Информационно-управляющие системы. 2012. № 5 (60). С. 2–6.
11. ZEMAX 9.1 Optical Design Program User's Manual, 2010. P. 259–301.
12. Smith W.J. Modern Optical Engineering. 3rd ed. NY: McGraw-Hill, 2000. 617 p.
13. Soifer V.A. Methods for Computer Design of Diffractive Optical Elements. NY: John Wiley & Sons, 2002. 784 p.
14. Laikin M. Lens Design. 4th ed. NY: Marcel Dekker Inc., 1995. 446 p.
15. Kojima T. Progress of Lenses for Optical Disk System // Konica Technical Report. 2002. V. 15. P. 5–12.
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License